JP5104786B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射量の制御を行う内燃機関の制御装置に関する。

この種の技術が、例えば特許文献１及び２に提案されている。特許文献１には、運転状態とポスト噴射（後噴射）時期とから筒内温度と筒内圧力とを推定し、当該推定結果からポスト噴射量の上限値及び下限値を算出することが提案されている。具体的には、この技術では、筒内温度又は筒内圧力が高くなるほど、上限値及び下限値を大きく設定している。また、特許文献２には、内燃機関の排気圧力を検出し、排気圧力の脈動振幅平均値と各気筒の脈動振幅との偏差に基づいて、気筒別に燃料噴射量を調整することが提案されている。

特開平１０−２８８０３１号公報 特開平２−２８３８３５号公報

ところで、筒内の温度及び圧力は、基本的には、インジェクタの劣化による燃料噴射量のばらつきや、空気分配や、スワールばらつきによって、気筒ごとに異なる傾向にある。つまり、筒内の温度又は圧力が低い気筒や高い気筒が併存する傾向にある。

しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術では、このような各気筒におけるばらつきを考慮せずにポスト噴射量を設定していた。そのため、温度の低い気筒においてオイル希釈（燃料がエンジンオイルに混入して希釈してしまう現象）が進行してしまう場合があった。なお、特許文献２にも、各気筒の温度又は圧力のばらつきを考慮して燃料噴射量を制御することについては記載されていない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、各気筒の温度又は圧力のばらつきを考慮して燃料噴射量を適切に制御することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、内燃機関の制御装置は、複数の気筒を備える内燃機関に適用され、排気ガスの集合部における温度の脈動に基づいて、各気筒ごとの温度を推定する推定手段と、前記各気筒ごとの温度を予め求めて、マップ値として記憶する記憶手段と、前記推定手段によって推定された温度と前記記憶手段に前記マップ値として記憶された温度との差の絶対値が所定値以上である場合において、前記推定された温度が前記マップ値として記憶された温度よりも高い気筒に対してはポスト噴射量を増加させる制御を行い、前記推定された温度が前記マップ値として記憶された温度よりも低い気筒に対してはポスト噴射量を減少させる制御又はポスト噴射を停止する制御を行う制御手段と、を備え、前記制御手段は、ＥＧＲガスの導入開始時及びＥＧＲガス導入のカット開始時には、前記ポスト噴射量を増加させる制御、前記ポスト噴射量を減少させる制御、及び前記ポスト噴射を停止する制御を行わない。

上記の内燃機関の制御装置は、複数の気筒を備える内燃機関に適用される。具体的には、推定手段は、排気ガスの集合部における温度の脈動に基づいて各気筒ごとの温度を推定し、記憶手段は、各気筒ごとの温度を予め求めてマップ値として記憶する。そして、制御手段は、推定された温度とマップ値として記憶された温度との差の絶対値が所定値以上である場合において、推定された温度がマップ値として記憶された温度よりも高い気筒に対してはポスト噴射量を増加させ、推定された温度がマップ値として記憶された温度よりも低い気筒に対してはポスト噴射量を減少させるかポスト噴射を停止する。これにより、各気筒の温度のばらつきに応じてポスト噴射量を適切に設定することができる。したがって、温度の低い気筒においてオイル希釈が進行してしまうことを適切に抑制することが可能となる。
また、制御手段は、ＥＧＲガスの導入開始時及びＥＧＲガス導入のカット開始時には、ポスト噴射量を増加させる制御、ポスト噴射量を減少させる制御、及びポスト噴射を停止する制御を行わない。これにより、ポスト噴射量の増減制御における判断精度の低下を抑制することが可能となる。

本発明の他の観点では、内燃機関の制御装置は、複数の気筒を備える内燃機関に適用され、排気ガスの集合部における圧力の脈動に基づいて、各気筒ごとの圧力を推定する推定手段と、前記各気筒ごとの圧力を予め求めて、マップ値として記憶する記憶手段と、前記推定手段によって推定された圧力と前記記憶手段に前記マップ値として記憶された圧力との差の絶対値が所定値以上である場合において、前記推定された圧力が前記マップ値として記憶された圧力よりも高い気筒に対してはポスト噴射量を増加させる制御を行い、前記推定された圧力が前記マップ値として記憶された圧力よりも低い気筒に対してはポスト噴射量を減少させる制御又はポスト噴射を停止する制御を行う制御手段と、を備え、前記制御手段は、ＥＧＲガスの導入開始時及びＥＧＲガス導入のカット開始時には、前記ポスト噴射量を増加させる制御、前記ポスト噴射量を減少させる制御、及び前記ポスト噴射を停止する制御を行わない。

上記の内燃機関の制御装置によっても、各気筒の圧力のばらつきに応じてポスト噴射量を適切に設定することができるため、オイル希釈が進行してしまうことを適切に抑制することが可能となる。また、ＥＧＲガスの導入開始時及びＥＧＲガス導入のカット開始時にポスト噴射量の増減制御を行わないことで、ポスト噴射量の増減制御における判断精度の低下を抑制することが可能となる。

本発明における内燃機関の制御装置が適用された車両の一例を示す概略構成図である。 第１実施例におけるポスト噴射量の設定方法を具体的に説明するための図である。 第１実施例における制御処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
［装置構成］
図１は、本発明における内燃機関の制御装置が適用された車両１００の一例を示す概略構成図である。図１においては、実線矢印は吸気及び排気の流れの一例を示している。

図１に示すように、車両１００は、主に、エンジン（内燃機関）１と、燃料噴射弁１５ａ〜１５ｄと、温度センサ１６と、エアクリーナ１９と、吸気通路２０と、エアフロメータ２１と、スロットルバルブ２２ａ、２２ｂと、ターボチャージャ２３と、インタークーラ（ＩＣ）２４と、排気通路２５と、触媒４０と、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置５０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７と、を有する。

エンジン１は、例えば直列４気筒のディーゼルエンジンとして構成され、車両１００における走行用動力源を出力する。エンジン１の各気筒は、インテークマニホールド１１及びエキゾーストマニホールド１２に接続されている。以下では、インテークマニホールドのことを単に「インマニ」と表記し、エキゾーストマニホールドのことを単に「エキマニ」と表記する。

また、エンジン１は、各気筒に設けられた燃料噴射弁１５ａ〜１５ｄと、各燃料噴射弁１５ａ〜１５ｄに対して高圧の燃料を供給するコモンレール１４とを備え、コモンレール１４には不図示の燃料ポンプにより燃料が高圧状態で供給される。燃料噴射弁１５ａ〜１５ｄは、それぞれＥＣＵ７から供給される制御信号Ｓ１５ａ〜Ｓ１５ｄによって、燃料噴射量や燃料噴射時期などが制御される。以下では、燃料噴射弁１５ａ〜１５ｄを区別しないで用いる場合には、単に「燃料噴射弁１５」と表記する。

インマニ１１に接続された吸気通路２０上には、吸気を浄化するエアクリーナ１９と、エンジン１への吸入空気量を検出するエアフロメータ２１と、空気量を調整するスロットルバルブ２２ａ、２２ｂと、吸気を過給するターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ａと、吸気を冷却するインタークーラ２４と、が設けられている。

エキマニ１２に接続された排気通路２５上には、排気ガスのエネルギーによって回転されるターボチャージャ２３のタービン２３ｂと、排気ガスを浄化可能に構成された触媒４０とが設けられている。また、矢印２６で示す各気筒からの排気ガスが集合する箇所（以下、「排気ガス集合部」と呼ぶ。）には、排気ガスの温度を検出可能に構成された温度センサ１６が設けられている。温度センサ１６は、検出した排気ガス温度に対応する検出信号Ｓ１６をＥＣＵ７に供給する。なお、このような排気ガス集合部における排気ガス温度の検出は、一般的な車両に設けられているセンサを用いることができる。よって、コストを抑えることができる。

更に、車両１００は、タービン２３ｂの上流側からコンプレッサ２３ａの下流側に排気ガスを還流させるＥＧＲ装置５０を備える。ＥＧＲ装置５０は、ＥＧＲ通路３１とＥＧＲ弁３３とを有する。ＥＧＲ通路３１は、排気通路２５のタービン２３ｂの上流位置と、吸気通路２０のインタークーラ２４より下流位置とを接続する通路であり、通路上には、還流させる排気ガス量を制御するためのＥＧＲ弁３３が設けられている。

ＥＣＵ７は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備え、車両１００内の各構成要素に対して種々の制御を行う。本実施例では、主に、ＥＣＵ７は、温度センサ１６から供給される検出信号Ｓ１６に基づいて、燃料噴射弁１５ａ〜１５ｄに対して制御信号Ｓ１５ａ〜Ｓ１５ｄを供給することで、燃料噴射弁１５ａ〜１５ｄに対する制御を行う。具体的には、ＥＣＵ７は、温度センサ１６が検出した排気ガス集合部２６における排気ガス温度に基づいて、燃料噴射弁１５ａ〜１５ｄの燃料噴射量を制御する。詳細は後述するが、ＥＣＵ７は、本発明における内燃機関の制御装置に相当し、推定手段、記憶手段、及び制御手段として機能する。
［制御方法］
次に、本実施例においてＥＣＵ７が行う制御方法について説明する。

（第１実施例）
第１実施例では、ＥＣＵ７は、各気筒の温度又は圧力のばらつきを考慮して、各燃料噴射弁１５ａ〜１５ｄにおいてポスト噴射させる際の燃料噴射量（以下、「ポスト噴射量」と呼ぶ。）に対する制御を行う。こうする理由は、以下の通りである。一般的に、筒内の温度及び圧力は、燃料噴射弁（インジェクタ）の劣化による燃料噴射量のばらつきや、空気分配や、スワールばらつきによって、気筒ごとに異なる傾向にある。つまり、筒内の温度又は圧力が低い気筒や高い気筒が併存する傾向にある。そのため、全気筒で一様にポスト噴射量を設定した場合には、温度の低い気筒においてオイル希釈が進行してしまう場合がある。

したがって、第１実施例では、各気筒の温度のばらつきを考慮して、各燃料噴射弁１５ａ〜１５ｄのポスト噴射量を設定する。具体的には、ＥＣＵ７は、まず、排気ガス集合部における温度の脈動に基づいて各気筒の温度（各気筒の筒内温度を意味する。以下同じ。）を推定し、当該推定により得られた各気筒の温度と、実験等により予め求められてマップ値として記憶された各気筒の温度とを比較する。このマップ値は、各気筒における狙いの筒内温度に相当する。

この後、ＥＣＵ７は、推定された気筒の温度とマップ値との差（絶対値）が所定値以上である場合、推定された温度がマップ値よりも高い気筒に対してはポスト噴射量を増加（増量）させる。これに対して、ＥＣＵ７は、推定された気筒の温度とマップ値との差（絶対値）が所定値以上である場合において、推定された温度がマップ値よりも低い気筒に対してはポスト噴射量を減少（減量）させるかポスト噴射を停止する。

こうすることにより、温度の低い気筒においてオイル希釈が進行してしまうことを適切に抑制することが可能となる。

図２は、第１実施例におけるポスト噴射量の設定方法を具体的に説明するための図である。図２は、横軸に時間を示し、縦軸に気筒ごとの温度を示している。ここでは、４気筒（＃１〜＃４）のエンジン１において、「＃１」→「＃３」→「＃４」→「＃２」の順で燃料を行わせた際の気筒ごとの温度変化例を示している。具体的には、実線は、実際の気筒ごとの温度（つまり、排気ガス集合部における温度の脈動に基づいて推定された温度）の一例を示しており、破線は、マップ値として記憶された気筒ごとの温度の一例を示している。

図に示すように、「＃３」の気筒において、矢印Ａ１で示すように、実際の温度がマップ値よりもかなり高い（実際の温度がマップ値よりも所定値以上高い）ことがわかる。第１実施例では、ＥＣＵ７は、このような気筒に対してポスト噴射量を増加させる処理を行う。一方、「＃４」の気筒において、矢印Ａ２で示すように、実際の温度がマップ値よりもかなり低い（実際の温度がマップ値よりも所定値以上低い）ことがわかる。第１実施例では、ＥＣＵ７は、このような気筒に対してポスト噴射量を減少させるかポスト噴射を停止する処理を行う。

図３は、第１実施例における制御処理を示すフローチャートである。この処理は、主に、各気筒の温度のばらつきに応じてポスト噴射量を設定して学習するために行われる。また、当該処理は、ＥＣＵ７によって繰り返し実行される。なお、当該処理は、ポスト噴射の要求がある場合に実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ７は、ポスト噴射の要求を出す。そして、処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ７は、温度センサ１６から排気ガス集合部における排気ガス温度を取得し、当該排気ガス温度における脈動に基づいて各気筒の温度を推定する。具体的には、ＥＣＵ７は、所定のマップや所定の演算式に基づいて、排気ガス温度の脈動から各気筒の温度を求める。そして、処理はステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ７は、ステップＳ１０２で推定された各気筒の温度と、実験等により予め求められてマップ値として記憶された各気筒の温度（各気筒における狙いの温度に相当する）とを比較する。そして、処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ７は、推定された各気筒の温度とマップ値との差（絶対値）が所定値未満であるか否かを判定する。当該差が所定値未満である場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０６に進む。この場合には、ＥＣＵ７は、前述したようにポスト噴射量を補正せずに、ポスト噴射終了後に各気筒の実温度のばらつきを学習する（ステップＳ１０６）。そして、処理は終了する。

これに対して、推定された各気筒の温度とマップ値との差（絶対値）が所定値未満でない場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、つまり当該差が所定値以上である場合、処理はステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、ＥＣＵ７は、推定された温度がマップ値よりも高い気筒に対してはポスト噴射量を増加させ、推定された温度がマップ値よりも低い気筒に対してはポスト噴射量を減少させるかポスト噴射を停止する。例えば、ＥＣＵ７は、推定された気筒の温度とマップ値との差に基づいて、ポスト噴射量を増加させる量若しくは減少させる量を設定する。この場合、ＥＣＵ７は、当該差が大きいほど、増加させる量若しくは減少させる量を大きく設定する。そして、処理はステップＳ１０６に進み、ＥＣＵ７は、ポスト噴射終了後に各気筒の実温度のばらつきを学習する。この後、処理は終了する。

以上説明した処理によれば、各気筒の温度のばらつきに応じてポスト噴射量を適切に設定することができる。よって、温度の低い気筒においてオイル希釈が進行してしまうことを適切に抑制することが可能となる。

（第２実施例）
次に、第２実施例について説明する。第２実施例では、ＥＧＲガスの導入開始時（以下、「ＥＧＲ開始時」と呼ぶ。）、及びＥＧＲガスの導入のカット開始時（以下、「ＥＧＲカット開始時」と呼ぶ。）、第１実施例で示したようなポスト噴射量の増減制御を停止する。こうするのは、ＥＧＲ開始時及びＥＧＲカット開始時は、排気ガス集合部やＥＧＲ通路３１の状態（圧力など）が急激に変動するため、各気筒の温度や圧力の検出精度及び推定精度が悪化する傾向にあるからである。つまり、そのような状態でポスト噴射量を増減させた場合には、狙い通りの効果が得られない可能性があるからである。

したがって、第２実施例では、ＥＣＵ７は、ＥＧＲ開始時、及びＥＧＲカット開始時（具体的にはＥＧＲカット開始から所定時間経過するまでの間）、前述したようなポスト噴射量の増減制御を禁止する。こうすることにより、ポスト噴射量の増減制御における判断精度の低下を抑制することが可能となる。
［変形例］
上記では、各気筒の温度のばらつきを考慮して、各燃料噴射弁１５ａ〜１５ｄのポスト噴射量を設定する実施例を示した。他の例では、ＥＣＵ７は、各気筒の温度の代わりに、各気筒の圧力のばらつきに基づいて、各燃料噴射弁１５ａ〜１５ｄのポスト噴射量を設定することができる。

具体的には、ＥＣＵ７は、まず、排気ガス集合部における圧力の脈動に基づいて各気筒の圧力（各気筒の筒内圧を意味する。以下同じ。）を推定し、当該推定により得られた各気筒の圧力と、実験等により予め求められてマップ値として記憶された各気筒の圧力とを比較する。このマップ値は、各気筒における狙いの筒内圧力に相当する。なお、排気ガス集合部における圧力は、上記した温度センサ１６が設けられた位置に圧力センサを設置することで得られる。

この後、ＥＣＵ７は、推定された気筒の圧力とマップ値との差（絶対値）が所定値以上である場合、推定された圧力がマップ値よりも高い気筒に対してはポスト噴射量を増加（増量）させる。これに対して、ＥＣＵ７は、推定された気筒の圧力とマップ値との差（絶対値）が所定値以上である場合において、推定された圧力がマップ値よりも低い気筒に対してはポスト噴射量を減少（減量）させるかポスト噴射を停止する。この場合、ＥＣＵ７は、例えば図３に示したような処理を実行することができる。

上記の変形例によっても、各気筒の圧力のばらつきに応じてポスト噴射量を適切に設定することができるため、オイル希釈が進行してしまうことを適切に抑制することが可能となる。なお、このような変形例においても、第２実施例に示したように、ＥＧＲ開始時、及びＥＧＲカット開始時（具体的にはＥＧＲカット開始から所定時間経過するまでの間）、前述したようなポスト噴射量の増減制御を禁止することができる。

なお、排気ガス集合部に設けられたセンサ（温度センサ１６など）より、排気ガスの温度又は圧力を取得することに限定はされない。他の例では、各気筒に設置されたセンサ（温度センサ又は圧力センサ）より、排気ガスの温度又は圧力を取得することができる。

１ エンジン（内燃機関）
７ ＥＣＵ
１５ａ〜１５ｄ 燃料噴射弁
１６ 温度センサ
２０ 吸気通路
２３ ターボチャージャ
２５ 排気通路
４０ 触媒
５０ ＥＧＲ装置
１００ 車両

Claims (2)

1. 複数の気筒を備える内燃機関に適用され、
   排気ガスの集合部における温度の脈動に基づいて、各気筒ごとの温度を推定する推定手段と、
   前記各気筒ごとの温度を予め求めて、マップ値として記憶する記憶手段と、
   前記推定手段によって推定された温度と前記記憶手段に前記マップ値として記憶された温度との差の絶対値が所定値以上である場合において、前記推定された温度が前記マップ値として記憶された温度よりも高い気筒に対してはポスト噴射量を増加させる制御を行い、前記推定された温度が前記マップ値として記憶された温度よりも低い気筒に対してはポスト噴射量を減少させる制御又はポスト噴射を停止する制御を行う制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、ＥＧＲガスの導入開始時及びＥＧＲガス導入のカット開始時には、前記ポスト噴射量を増加させる制御、前記ポスト噴射量を減少させる制御、及び前記ポスト噴射を停止する制御を行わないことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 複数の気筒を備える内燃機関に適用され、
   排気ガスの集合部における圧力の脈動に基づいて、各気筒ごとの圧力を推定する推定手段と、
   前記各気筒ごとの圧力を予め求めて、マップ値として記憶する記憶手段と、
   前記推定手段によって推定された圧力と前記記憶手段に前記マップ値として記憶された圧力との差の絶対値が所定値以上である場合において、前記推定された圧力が前記マップ値として記憶された圧力よりも高い気筒に対してはポスト噴射量を増加させる制御を行い、前記推定された圧力が前記マップ値として記憶された圧力よりも低い気筒に対してはポスト噴射量を減少させる制御又はポスト噴射を停止する制御を行う制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、ＥＧＲガスの導入開始時及びＥＧＲガス導入のカット開始時には、前記ポスト噴射量を増加させる制御、前記ポスト噴射量を減少させる制御、及び前記ポスト噴射を停止する制御を行わないことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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